W europejskiej [10] oraz krajowej normie śniegowej [8] podano schematy równomiernego i nierównomiernego obciążenia śniegiem dachów o typowych kształtach połaci. Jeśli dach w przybliżeniu odpowiada tym kształtom połaci, to możliwe jest odpowiednie zinterpretowanie zaleceń norm [8] i [10] i przyjęcie stosownego jego schematu obciążenia śniegiem.
Współczynniki kształtu dachu według PN-EN 1991-1-3
W europejskiej [10] oraz krajowej normie śniegowej [8] podano schematy równomiernego i nierównomiernego obciążenia śniegiem dachów o typowych kształtach połaci. Jeśli dach w przybliżeniu odpowiada tym kształtom połaci, to możliwe jest odpowiednie zinterpretowanie zaleceń norm [8] i [10] i przyjęcie stosownego jego schematu obciążenia śniegiem. W przypadku dachów nietypowych, dla których nie daje się dopasować schematów proponowanych w [8] i [10], dopuszcza się wykorzystanie badań oraz sprawdzonych i uzasadnionych naukowo metod numerycznych. Dotyczy to często nowatorskich konstrukcji dachów o dużej rozpiętości i niekonwencjonalnych kształtach. W celu uwzględnienia oddziaływania wiatru na parametry obciążenia śniegiem modelowe badania takich konstrukcji prowadzi się w tunelach aerodynamicznych [6].
Rys. 1 Schemat obciążenia śniegiem dachu jednopołaciowego wg PN-EN 1991-1-3 [10]
Współczynniki kształtu dachów m1 i m2 wg [10] dachów jednopołaciowych, dwupołaciowych i wielopołaciowych podano w tabeli.
Tab. Współczynniki kształtu dachu wg PN-EN 1991-1-3 [10]
|
Współczynnik kształtu dachu |
Kąt nachylenia połaci α
|
||
|
0o ≤ α ≤ 30o
|
30o < α ≤ 60o
|
α > 60o
|
|
|
μ1
|
0,8
|
|
0
|
|
μ2
|
|
1,6
|
–
|
W przypadku dachu jednopołaciowego stosuje się schemat równomiernego obciążenia śniegiem wg rys. 1, który jest taki sam w [10] oraz [8]. Również wartość współczynnika kształtu dachu jest taka sama w obu normach (C1 =m1).
Schematy obciążania śniegiem dachu dwupołaciowego pokazano na rys. 2. Według [10] w przypadku dachu dwuspadowego należy rozpatrzyć trzy schematy obciążenia (wg [8] należy analizować jeden schemat obciążenia). Ponadto w stosunku do [8] w normie [10] zmniejszono obciążenie jednej połaci dachu dwupołaciowego.
Wartości współczynników kształtu dachu według tabeli dachów jedno- i dwupołaciowych należy stosować, gdy nie ma zabezpieczeń przed zsunięciem śniegu z dachu.Jeśli na takim dachu są barierki przeciwśnieżne lub inne przeszkody albo dolna krawędź dachu jest zakończona attyką, to współczynnik kształtu dachu nie powinien być mniejszy niż 0,8. W szczególnych warunkach pogodowych śnieg może się zsuwać z dachów nachylonych i łukowych. W normie [10] podano zasady obliczania obciążenia śniegiem barierek przeciwśnieżnych i innych przeszkód.
Rys. 2 Schematy obciążenia śniegiem dachu dwupołaciowego wg PN-EN 1991-1-3 [10]
Schematy obciążenia śniegiem dachu wielopołaciowego pokazano na rys. 3. Według [10] należy uwzględnić dwa schematy obciążenia dachu śniegiem (zgodnie z [8] należy rozpatrzyć tylko schemat obciążenia b) na rys. 3).
Rys. 3 Schematy obciążenia śniegiem dachu wielopołaciowego wg PN-EN 1991-1-3 [10]
Schematy obciążenia śniegiem dachu walcowego pokazano na rys. 4. Zarówno norma [10], jak i [8] proponuje analizować dwa schematy obciążenia śniegiem. W stosunku do normy krajowej [8] w normie europejskiej [10] zmieniono kształt rozkładu śniegu na dachu walcowym (schemat b) na rys. 4).
Rys. 4 Schematy obciążenia śniegiem dachu walcowego wg PN-EN 1991-1-3 [10]
Obciążenia wg rys. 4 należy stosować dla dachów bez barierek przeciwśnieżnych, na szerokości połaci ls, na której kąt nachylenia stycznej spełnia warunek j < 60o. Współczynnik kształtu dachu walcowego m3 (rys. 4) wyznacza się ze wzoru:
(1)
Zgodnie z [10] w przypadku dachów przyległych do wyższych budowli stosuje się dwa schematy obciążenia śniegiem pokazane na rys. 5. Współczynnik kształtu dachu ms uwzględnia efekt ześlizgu śniegu z dachu wyższego. Oblicza się go tylko, gdy kąt nachylenia połaci a > 15o (dla a < 15o należy przyjąć ms = 0). Jego wartość przyjmuje się jako 50% całkowitego maksymalnego obciążenia śniegiem sąsiednich połaci dachu wyższego. Współczynnik kształtu dachu mw (rys. 5) uwzględnia wpływ oddziaływania wiatru i oblicza się go ze wzoru:
(2)
gdzie: g – ciężar objętościowy śniegu (można przyjąć g = 2 kN/m3).
Gdy przeszkody na dachu tworzą obszary cienia aerodynamicznego, wówczas w warunkach wietrznych na połaci mogą powstawać zaspy. Schematy obciążenia śniegiem przy występach i przeszkodach pokazano na rys. 6. Współczynniki kształtu dachu w takim przypadku wynoszą:
(3)
(4)
z ograniczeniem 0,8 ≤ m2 ≤ 2,0.
Długość zaspy śnieżnej na dachach, wg rys. 5 oraz 6, przyjmuje się ls = 2h, z uwzględnieniem ograniczenia 5 m ≤ ls ≤ 15 m.
Rys. 5 Schematy obciążenia śniegiem dachów przyległych do wyższych budowli wg PN-EN 1991-1-3 [10]
Uwagi końcowe
Zgodnie z [10] oprócz trwałej i przejściowej sytuacji obliczeniowejw analizach obciążenia śniegiem należy rozpatrzyć wyjątkową sytuację obliczeniową, kiedy na dachu tworzą się zaspy śnieżne. Temu zagadnieniu poświęcony jest załącznik B do normy [10], który wyróżnia trzy przypadki obciążeń wyjątkowych (B1, B2 i B3). Załącznik krajowy w normie [10] nakazuje uwzględniać przypadek B2, kiedy występują wyjątkowe zamiecie śnieżne i na dachach powstają zaspy śnieżne. Rozpatrując te przypadki obciążeń (dla których są stosowane współczynniki kształtu dachu podane w załączniku B), należy przyjąć, że śniegu nie ma na pozostałej części dachu. W załączniku B podano współczynniki kształtu dachu mi zasp w wyjątkowej sytuacji obliczeniowej dachów: wielopołaciowych, bliskich i przyległych do wyższych budowli oraz tych, na których tworzą się zaspy śnieżne przy występach, przeszkodach i attykach.
Jeśli przewiduje się sztuczne usuwanie śniegu z dachu (lub jego przemieszczanie), należy konstrukcję obiektu projektować z uwzględnieniem odpowiednich układów obciążeń.Odśnieżanie dachu powinno być poprzedzone wykonaniem odpowiednich obliczeń statyczno-wytrzymałościowych konstrukcji. Ponadto wg [10] w regionach, gdzie możliwe są opady deszczu na zalegający na dachu śnieg, a następnie ich zamarzanie, należy zwiększyć obciążenie śniegiem dachu. Dotyczy to zwłaszcza przypadków, gdy śnieg i lód mogą blokować odwodnienie dachu [3].
Rys. 6 Schemat obciążenia śniegiem dachu przy występach i przeszkodach wg PN-EN 1991-1-3 [10]
W wyniku wprowadzenia europejskiej normy [10] zostały zwiększone obciążenia śniegiem w stosunku do norm krajowych [8] i [9] i powstał problem oceny bezpieczeństwa konstrukcji istniejących, zaprojektowanych wg dawnych norm obciążeń. Otóż zgodnie z normą ISO 13822:2001 Bases for design of structures – Assessment of existing structures (Ocena istniejących konstrukcji), jeżeli konstrukcja przeniosła w czasie swego życia ekstremalne oddziaływania klimatyczne, a jej stan techniczny nie uległ degradacji, to oznacza, że jej zapasy nośności oraz rzeczywista praca elementów konstrukcyjnych zapewniają bezpieczną eksploatację mimo aktualnie zwiększonych wartości normowych oddziaływań klimatycznych.
prof. dr hab. inż. Antoni Biegus
Politechnika Wrocławska
Piśmiennictwo
1. A. Biegus, Obciążenie śniegiem według norm PN-80/B-02010/Az1 oraz PN-EN 1991-1-3:2005, „Builder” nr 12/2006.
2. A. Biegus, Podstawy projektowania konstrukcji. Oddziaływania na konstrukcje. Projektowanie konstrukcji stalowych, Zeszyt Edukacyjny nr 1, Builder 2011.
3. A. Biegus, K. Rykaluk, Katastrofa hali Międzynarodowych Targów Katowickich w Chorzowie, „Inżynieria i Budownictwo” nr 4/2006.
4. J. Buska, W. Tabiason, Minimizing the adverse effects of snow and ice on roofs, International Conference on Building Envelope Systems and Technologies ICBEST-2001 Ottawa, Canada.
5. W. Burakowska, Katastrofy budowlane, „Inżynier Budownictwa” nr 2/2006.
6. A. Flaga, Analiza wpływu różnych czynników na obciążenie śniegiem dachów, XXIII Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2007.
7. W. Pieśla, Konsekwencje obciążenia dachu „workiem śnieżnym”, „Wiadomości Projektanta Budownictwa” nr 8/2006.
8. PN-80/B-02010 Obciążenia w obliczeniach statycznych – Obciążenia śniegiem.
9. PN-80/B-02010/Az1:2006 Obciążenia w obliczeniach statycznych – Obciążenia śniegiem.
10. PN-EN 1991-1-3:2005 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-3: Oddziaływania ogólne. Obciążenia śniegiem, PKN, Warszawa 2005.
11. A. Rawska-Skotniczy, Obciążenia budynków i konstrukcji budowlanych według Eurokodów, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013.
12. D.A. Taylor, Roof snow loads in Canada, „Canadian Journal of Civil Engineering”, vol. 7, No 1, 1980.
13. J.A. Żurański, Obciążenie śniegiem w ujęciu nowej normy PN-EN 1991-1-3:2003, „Inżynieria i Budownictwo” nr 2/2006.
14. J.A. Żurański, A. Sobolewski, Obciążenia śniegiem w Polsce, ITB, Warszawa 2009.
